Fázy cyklu močoviny, enzýmy, funkcia, regulácia

On Močovina, Tiež známy ako ornitínový cyklus, je to metabolický proces, prostredníctvom ktorého sa amoniak (NH4+), produkovaný počas katabolizmu aminokyselín, transformuje na produkt vylučovania a eliminovaný z tela močom vo forme močoviny.

Ľudské bytosti, ako aj mnoho ďalších pozemných zvierat, využívajú časť energie, ktorú musia katabolizovať aminokyseliny, to znamená degradovať ich v menších „častiach“ a získať z týchto viac energie alebo molekúl pre „konštrukciu“ nových zlúčenín použiteľné ich bunkami.

Všeobecne platí, že hlavné substráty na tento účel pochádzajú z recyklácie bunkových proteínov, ktoré sú degradované, z črevnej degradácie proteínov požitých jedlom a metabolizmom telesných proteínov, produktu pôstu alebo nejakého patologického stavu.

Prvý krok pre degradáciu aminokyseliny pozostáva z „separácie“ jej aminoskupín od zvyšku uhlíkovej kostry av mnohých prípadoch sa tieto aminoskupiny prenášajú na molekulu a-zeglutarátu za vzniku glutamátu prostredníctvom a reakcia transaminácie.

U cicavcov sa glutamát transportuje do mitochondrií pečeňových buniek, kde enzým nazývaný glutamát dehydrogenáza uvoľňuje aminoskupiny z predchádzajúcich transaminačných reakcií vo forme amónnych iónov (NH4+).

Iónový amonium (zdroj: Roland Mattern / Public Domain, Via Wikimedia Commons)

V niektorých tkaninách sa glutamát nevytvára, ale aminoskupiny sú transportované ako skupina glutamínu alebo ako aminoskupina alanínu, ktorej produkty „srdca“ spĺňajú rôzne energetické účely.

Amónne ióny sa môžu použiť na syntézu nových aminokyselín alebo iných zlúčenín dusíka alebo sa môžu vylučovať z tela rôznymi spôsobmi.

Podľa spôsobu, akým eliminujú vyššie uvedené aminoskupiny, môžu byť zvieratá klasifikované ako:

- Amonialikos: tí, ktorí ich priamo vylučujú ako amoniak (Všeobecne vodné druhy)

- Ureotelický: tí, ktorí ich vylučujú ako močovina (Mnoho pozemných zvierat)

- Močový: Tí, ktorí ich vylučujú vo forme kyselina močová (Vtáky a plazy)

Cyklus močoviny sa teda uskutoční.

[TOC]

Enzýmy zapojené do cyklu močoviny

Enzýmy, ktoré sa podieľajú na „fixácii“ amonia v močovine, sú nasledujúce:

- Karbamil syntetázy fosfát i, ktorý sa podieľa na syntéze fosfátu karbamilu z iónov bikarbonátu a amónnych.

- Ornitín transkarbamilázy, ktorý katalyzuje prenos skupiny karbamilu z fosfátu karbamilu do ornitínu, ktorý tvorí citrulín.

- Argininosukcinácia syntetázy, ktorá katalyzuje kondenzáciu citrulínu s molekulami aspartátu, ktorá tvorí argininosukcináciu

Môže vám slúžiť: Lamarck Teória o evolúcii: pôvod, postuláty, príklady

- Argininosukcinácia liasa alebo argininosuccináza, nevyhnutné pre „rez“ argininosukcinácie v arginíne a fumaráte.

- Argináza, Schopný premeniť arginín na močovinu a ornitín.

Fázy cyklu močoviny

Močovina

Cyklus močoviny, objavený Hans Krebs a Kurt Henseleit v roku 1932, sa vyskytuje v pečeňových bunkách, pretože pečeň je orgán, ku ktorému sú všetky admonish ióny produkované v rôznych telesných tkanivách produkovaných v rôznych telesných tkanivách „nasmerované“.

Po vyrábaní močoviny z amonia je to transportované krvným obehom do obličiek, kde je vylúčená spolu s močom ako odpadkovým materiálom.

Cyklus pozostáva z 5 enzymatických krokov, z ktorých dva sa vyskytujú v mitochondriách pečeňových buniek a 3, ktoré končia v cytosóle.

Ilustrácia mitochondrií

Prvá etapa: jačmeň krok

Prvá vec, ktorá by sa mala stať, aby sa mohol začať cyklus močoviny, je transport milostných iónov do pečene a smerom k mitochondriálnej matrici hepatocytov.

Amónne ióny môžu pochádzať z molekúl „dopravníka“, ako je glutamát.

Avšak bez ohľadu na zdroj, ióny amónnych, ktoré sa vyrábajú v mitochondriách hepatocytov.

Táto reakcia (jačmeň alebo aktivačná reakcia) je katalyzovaná syntetázou karbamilu syntetázy I a vyžaduje spotrebu 2 molekúl ATP nasledovne:

Ióny amónnych (NH4 +) + hydrogenuhličitan ióny (HCO3-) + 2ATP → Fosfát karbamil + 2ADP + PI

Druhá fáza: Zavedenie prvého atómu dusíka

Fosforečnanový karbamil funguje ako aktivovaný karbamil darcu a podieľa sa na druhej reakcii cyklu močoviny, ktorý pozostáva z „darovania“ alebo „dodávky“ ich karbamilovou skupinou do ornitínu (C5H12N2O2), ktorá sa vyskytuje novú zlúčeninu nazývanú citrulín (C6H13N3O3o3 ).

(1) Ornitine + karbamil fosfát → citrulín + PI

Táto reakcia je katalyzovaná transkarbamilázovým ornitínom enzýmom, molekula anorganického fosfátu a výsledný produkt citrulín, sa „odosiela“ z mitochondriálnej matrice do cytosolu.

Citrulín je často indikovaný vo vedeckých textoch, ako je karbamil -nnitín, zdôrazniť skutočnosť, že je to ornitín (typ dibázickej aminokyseliny) molekula, v ktorej základná štruktúra atómy dusíka, ktoré sú eliminované cyklom močovníka.

Tretia etapa: Zavedenie druhého atómu dusíka

Druhý atóm dusíka vstupuje do cyklu močoviny z aspartátu, ktorý sa vytvára v mitochondriách transamináciou a transportuje sa do cytoplazmatického priestoru. Reakcia je poskytnutá vďaka kondenzácii medzi aminoskupinovou skupinou aspartátu a karbonylovou skupinou citrulínu.

Môže vám slúžiť: Flora a fauna prúdov: reprezentatívnejšie druhy

V tomto kroku sa vytvára v cytosóle argininosukcinácia a reakcia sa katalyzuje enzýmovou argininosukcinovanou syntetázou. V tomto procese sa používa ďalšia molekula ATP a vyskytuje sa prostredníctvom sprostredkovateľa známeho ako citrulil-samp.

(2a) citrulín + ATP → citrulil-SAMP + PPI (pyrofosfát)

(2B) Citrulil-Samp + Aspartát → argininOsuccinácia + AMP

(3) Argininosukcinácia → fumarát + arginín

V niektorých textoch sú tieto reakčné kroky známe ako 2A a 2B a tretia reakcia je v skutočnosti reverzibilná reakcia, prostredníctvom ktorej je argininosukcinácia rezaná na uvoľnenie voľného arginínu a fumarátu, tiež známa ako argininosukcinačná liasa.

Fumarát môže vstúpiť do mitochondrií a byť súčasťou cyklu Krebs, zatiaľ čo arginín pokračuje v cykle močoviny.

Štvrtá etapa: Močovina

Arginín produkovaný v cytosole, ako sme práve diskutovali, slúži ako substrát pre enzým, ktorý katalyzuje poslednú reakciu cyklu močoviny: argináza. Tento enzým je zodpovedný za „rez“ arginín a výrobu s močovinou a ornitínom.

- Destinácie oboch výrobkov

„Regenerovaný“ ornitín sa transportuje z cytosolu do mitochondrií, kde sa môže opäť zúčastniť na inom kole cyklu.

Močovina, na druhej strane, je transportovaná do obličiek krvným obehom a je vyradená močom.

Funkcia

Cyklus močoviny umožňuje účinnú elimináciu amónnych iónov, ktorých akumulácia je potenciálne toxická pre prakticky všetky suchozemské zvieratá.

Množstvo atómov dusíka, ktoré sú eliminované touto metabolickou cestou, však závisí od rôznych podmienok:

- Napríklad strava v proteíne naznačuje spotrebu aminokyselín ako energetického paliva, takže vedie k väčšej výrobe močoviny z prebytočných aminoskupín.

- Predĺžený pôst, ktorý skôr alebo neskôr aktivuje degradáciu svalových proteínov, aby získala energiu, tiež výsledky.

Regulácia

Rôzne variácie v aktivite cyklu močoviny môžu byť podané vďaka regulácii rýchlosti syntézy štyroch enzýmov cyklu a syntetického fosfátu karbamilu v hepatocytoch, ktoré pôsobia v počiatočnej reakcii aktivácie.

U zvierat, ktoré sa rýchlo pohybujú po dlhodobých časoch, alebo u tých, ktorí majú diéty bohoslužby bielkovín, sa 5 enzýmov zapojených do trasy syntetizuje relatívne vysokou mierou v porovnaní so zvieratami, ktoré majú rôznorodú stravu a ktoré požívajú sacharidy a tuky.

Môže vám slúžiť: Flora a fauna Tamaulipas: Reprezentatívne druhy

Napriek vyššie uvedenému je tieto enzýmy tiež regulované alostéricky, napríklad, syntetázy fosfátu karbamilu je astéricky aktivovaná N-acetylglutamátom, ktorý sa vyrába z acetyl-CoA a glutamátu enzylglutamátovou syntázou, ktorého aktivita je iba z acetyl-CoA a glutamátom regulačný.

Hladiny syntézy tohto posledného enzýmu závisia od množstva acetyl-CoA, glutamátu a arginínu (jeho aktivátor), takže tieto molekuly sa nepriamo zúčastňujú na aktivácii prvého kroku cyklu močoviny.

Poruchy močoviny

Bolo opísaných početné poruchy alebo poruchy v cykle močoviny, ktoré súvisia s genetickými defektmi súvisiacimi s enzýmami, ktoré katalyzujú rôzne reakčné kroky a ktoré sú zodpovedné za vývoj známych podmienok ako hyperamonémií.

Pacienti trpiaci týmito poruchami pokrývajú širokú škálu vekových skupín, ale u niektorých sa vyvinie príznaky v novorodeneckom období, počas detstva a puberty.

Klinická diagnostika týchto patologických stavov sa vykonáva najmä meraním koncentrácie amonia v krvnej plazme a jeho akumulácia vo všeobecnosti znamená vývoj encefalopatie, z ktorých niektoré môžu byť smrteľné alebo produkovať ničivé neurologické následky.

Najbežnejšou poruchou je nedostatok enzýmu transkarbamilázy, ktorý má dedičný vzor spojený s chromozómom X, zatiaľ čo choroby súvisiace s ostatnými enzýmami sú autozomálne recesívne choroby.

Poruchy v novorodeneckom období

Deti s nedostatkami v prvých 4 enzýmoch trasy sa rodia ako „normálne“ deti, ale za pár dní sa vyvinú príznaky encefalopatie produkovanej nadmernou koncentráciou amonia. Príznaky sú letargia, hladovanie a nakoniec jesť.

Ak sa encefalopatia nelieči, môže sa vyvinúť opuchy, čo môže skončiť s potrebou umelých respirátorov.

Neskoré poruchy

Prípad pacientov, ktorí majú čiastočné nedostatky v enzýmoch cyklu močoviny, sa môže vyskytnúť, takže príznaky sa môžu objaviť počas detstva, puberty alebo dospelosti.

Medzi najbežnejšie príznaky patria „nevysvetliteľné čiarky“ a encefalopatie, ktorých pôvod je potvrdený kvantifikáciou krvného amoniaka.

Odkazy

1. Brody, T. (1998). Biochémia výživy. Elsevier.
2. Burton, B. Klimatizovať. (2000). Poruchy močoviny. Kliniky pri pečeni, 4 (4), 815-830.
3. Jackson, m. J., Beaudet, a. L., & O'Brien, W. A. (1986). Enzýmy cyklu močoviny cicavcov. Ročný prehľad genetiky, 20 (1), 431-464.
4. Leonard, J. Vložka. (2006). Poruchy cyklu močoviny a súvisiace enzýmy. Vrodené metabolické defláty (str. 263-272). Springer, Berlín, Heidelberg.
5. Nelson, D. L., Lehninger, a. L., & Cox, M. M. (2008). Lehninger princípy biochémie. Macmillan.
6. Yudkoff, m. (2012). Poruchy metabolizmu aminokyselín. V základnej neurochémii (str. 737-754). Akademická tlač.